[發(fā)明專利]一種加熱式濕度傳感器及其制作方法

有效

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• 申請日: 2013-11-27
• 公開（公告）號: CN103698367A
• 公開（公告）日: 2014-04-02
• 發(fā)明（設計）人: 邊旭明;張偉;彭文武;黃曉杰;鄧娟
• 申請（專利權）人: 北京長峰微電科技有限公司
• 主分類號: G01N27/22
• 分類號: G01N27/22;G01W1/11
• 代理公司: 中國航天科工集團公司專利中心 11024
• 代理人: 岳潔菱;姜中英

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技術領域

本發(fā)明涉及一種濕度傳感器，特別是一種加熱式濕度傳感器及其制作方法。

背景技術

高空氣象環(huán)境復雜多變，空中濕度隨高度有較大的空間變率，溫度處于持續(xù)下降的狀態(tài)；并且濕度傳感器在上升通過云、雨等高濕環(huán)境時容易受到污染，在低溫環(huán)境下還容易發(fā)生結霜現象，這些直接導致濕度探測精度的嚴重偏差。

傳統的電容式濕度傳感器僅包括濕度敏感電容部分，由襯底、電容上電極、電容下電極、電極焊盤和電容感濕介質層構成。為實現高空低溫高濕環(huán)境測試，引入加熱除濕技術，即由加熱電阻絲和焊盤組成的加熱電路，工作時電流通過加熱電阻，電阻絲發(fā)熱起到除濕的作用。例如一種MEMS方法制作的集成加熱電路的雙濕度探測模塊集成濕度傳感器，其結構為在襯底上覆蓋加熱電路，在加熱電路上方分別包含兩個濕度敏感電容，包覆加熱的方式使得濕敏電容熱量散失過程緩慢，兩個濕度敏感電容集成在同一芯片上，加熱過程散發(fā)出的熱量會彼此干擾濕度敏感電容濕度測量的準確度，而且該種傳感器的制作方法步驟復雜，器件成品率較低。

發(fā)明內容

本發(fā)明的目的在于提供一種加熱式濕度傳感器及其制作方法，解決目前氣象探測用濕度傳感器在高空低溫環(huán)境下，表面易被水污染和發(fā)生結霜現象以及濕度測試準確度和靈敏度較低的問題。

一種加熱式濕度傳感器，包括：襯底，還包括：濕度敏感電容和加熱電路，其中濕度敏感電容包括：電容下電極金屬基底層、電容下電極、電容感濕介質層、電容上電極、電容下電極焊盤、電容下電極焊盤金屬基底層、電容上電極焊盤和電容上電極焊盤金屬基底層，加熱電路包括：加熱電阻、加熱電阻金屬基底層、加熱電阻焊盤和加熱電阻焊盤金屬基底層。襯底為方形薄片，作為支撐結構置于最低層。電容下電極金屬基底層、電容下電極焊盤金屬基底層、電容上電極焊盤金屬基底層位于襯底上，電容下電極、電容下電極焊盤和電容上電極焊盤分別位于相同形狀尺寸的電容下電極金屬基底層、電容下電極焊盤金屬基底層、電容上電極焊盤金屬基底層上。電容下電極金屬基底層和電容下電極焊盤金屬基底層連接，電容下電極金屬基底層和電容上電極焊盤金屬基底層之間有間隙，電容下電極焊盤金屬基底層和電容上電極焊盤金屬基底層置于電容下電極金屬基底層的兩側。電容感濕介質層覆蓋在電容下電極上，未覆蓋電容下電極焊盤和上電極焊盤。電容上電極位于覆蓋有電容感濕介質層的電容下電極上方，電容上電極尾部引線與電容上電極焊盤接觸。加熱電路環(huán)繞于濕度敏感電容的周圍，加熱電阻金屬基底層和加熱電阻焊盤金屬基底層位于襯底上，加熱電阻和加熱電阻焊盤分別位于相同形狀尺寸的加熱電阻金屬基底層和加熱電阻焊盤金屬基底層上。加熱電阻金屬基底層和加熱電阻焊盤金屬基底層連接，兩個加熱電阻焊盤金屬基底層置于加熱電阻金屬基底層的兩側。電容感濕介質層覆蓋在加熱電阻上未覆蓋加熱電阻焊盤，電容感濕介質層起到表面鈍化的作用。

加熱式濕度傳感器的襯底選用石英、玻璃、陶瓷或表面氧化后的硅片中的一種，襯底的至少一面為拋光面且表面絕緣，襯底的厚度為0.2mm～0.5mm。

加熱電阻金屬基底層和加熱電阻焊盤金屬基底層為相同材質，采用NiCr、Cr、TiWu或者Ta中的任何一種，厚度為30nm～250nm。

加熱電阻和加熱電阻焊盤為相同材質，采用NiCr或者Pt中的任何一種，厚度為100nm～400nm，電阻值為30Ω～150Ω。

電容下電極金屬基底層、電容下電極焊盤金屬基底層和電容上電極焊盤金屬基底層為相同材質，采用NiCr、Cr、TiWu或者Ta中的任何一種，厚度為30nm～250nm。

電容下電極、電容下電極焊盤和電容上電極焊盤為相同材質，采用Au、Cu、Al或者Pt中的任何一種材料，厚度為100nm～400nm。

電容感濕介質層的厚度為300nm～1000nm。

電容上電極采用Au、Cu、Al或者Pt中的任何一種，厚度為5nm～100nm，電容上電極采用網格型開孔結構，開孔均為5μm～50μm的正方形孔洞，均勻分布；未開孔部位呈島鏈狀透氣結構。